基于壳模型的配对近似对原子核质子-中子关联的研究

Atomic nuclei are complex quantum many-body systems consisting of protons and neutrons. Proton-neutron interaction plays an important role in the evolution of nuclear shell structure as well as in the development of nuclear collectivity. Proton-neutron pairing correlation is of great importance to the structure of N=Z nuclei. In recent years the issue of isoscalar proton-neutron pairing correlation has attracted much attention of both theoreticians and experimentalists, and is among the high priorities in many famous laboratories of nuclear physics in the world. With the rapid development of radioactive beam facility, properties of the ground and low-lying states in nuclei near the proton drip-line with mass number around 100 become accessible. This provides us with great opportunity to study proton-neutron interaction in unstable neutron-deficient nuclei and proton-neutron pairing correlation in N=Z nuclei. In this project we shall study the following issues in the framework of nucleon-pair approximation of the shell model, with our focus on proton-neutron correlation: (1) the role played by monopole proton-neutron interaction in the evolution of the Z=50 shell in even-even Sn isotopes, (2) proton-neutron pairing correlation, and its relation with the Wigner effect and the isospin inversion in N=Z nuclei, and (3) microscopic mechanism of the odd-even staggering in proton-neutron interaction.

原子核是由质子和中子构成的复杂量子多体系统。质子-中子相互作用在原子核壳结构演化和集体性质演化方面起重要作用。质子-中子配对关联对 N=Z 原子核的结构十分重要。近年来同位旋标量的质子-中子配对关联是原子核结构理论和实验研究中的重要前沿问题，在国际上许多重要的核物理实验室把同位旋标量的配对关联作为很高优先级的物理目标。随着放射性核束装置的飞速发展，人们能够测量质子滴线附近质量数约为100的原子核的基态和低激发态性质，这为研究不稳定缺中子原子核中的质子-中子相互作用以及 N=Z 原子核中的质子-中子配对提供了很好的机遇。本项目计划利用壳模型的配对近似理论研究以下问题，着重研究原子核中的质子-中子关联：（1）质子-中子单极相互作用与偶偶Sn同位素链中 Z=50 壳能隙的演化；（2）质子-中子配对与 N=Z 原子核的 Wigner 效应、同位旋反转；（3）质子-中子相互作用奇偶性的微观机制。

原子核是由质子和中子组成的复杂量子多体系统，原子核的低激发态结构，特别是不稳定原子核的低激发态结构，是检验和发展核多体理论的重要平台。本项目基于壳模型配对近似理论对原子核低激发态结构进行微观研究，取得了系列研究成果，主要包括：（1）发展了粒子-空穴激发的配对近似理论。考虑质子和中子的粒子-空穴激发，结合基于现实核力的有效相互作用，计算了 Sn-100 原子核的低激发态能级和电磁跃迁性质。（2）系统研究了 N=82 同中子素链和 Sn 同位素链的低激发态性质，指出这些原子核的转晕态都可以被一维集体配对态很好地描述。（3）考虑多种配对组态空间，研究了过渡区原子核 Ba-132 低激发集体带回弯现象的微观机制。（4）将有效相互作用分解为单极和多极相互作用，研究了 sd 壳原子核 Wigner 能的来源以及质子-中子相互作用奇偶振荡的微观机制。（5）研究了同位旋标量的质子-中子配对在 Cd-96 原子核的负宇称态和非转晕态中发挥的作用。（6）研究了 Garvey-Kelson (GK) 质量关系的不确定度，提高了 GK 质量关系外推的精度。（7）构造了用于描述相邻四个原子核同位旋相似态的新局域质量关系。研究了局域质量关系和 Casten NpNn scheme 之间的联系。研究了原子核对称能的高阶项。